DE10039953C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Eine Brennkraftmaschine hat einen Ansaugtrakt (1), in dem eine Drosselklappe (10) angeordnet ist. Ferner ist stromabwärts der Drosselklappe (10) ein Drucksensor (13) und/oder stromaufwärts der Drosselklappe (10) ein Luftmassenstrommesser (12) angeordnet. In einem Betriebszustand (BZ) des Schubbetriebs (PUC) wird die Kraftstoffzumessung unterbunden und zum Bestimmen des Umgebungsdrucks (AMP) die Drosselklappe (10) in einen vorgegebenen Öffnungszustand (OP) gesteuert. Anschließend wird der Umgebungsdruck (AMP) abhängig von dem Messsignal des Drucksensors (13) und/oder dem Messsignal des Luftmassenstrommessers (12) und weiteren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine. Dabei wird ein Umgebungs­ druck bestimmt, d. h. der Druck der stromaufwärts einer Dros­ selklappe in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine herrscht. Der Umgebungsdruck ist eine wichtige Betriebsgröße zum Steuern der Brennkraftmaschine und wird beispielsweise zum Bestimmen des Druckes stromabwärts der Drosselklappe mit­ tels eines Beobachters verwendet, der wiederum eine wichtige Größe zum Bestimmen der Kraftstoffzumessung ist und zum Bestimmen der Luftmasse, die an der Drosselklappe vorbei­ strömt.

Die DE 32 38 153 C2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Steuern einer Brennkraftmaschine, die einen Ansaug­ trakt mit einer Drosselklappe hat. Ein Drucksensor ist strom­ abwärts der Drosselklappe in dem Ansaugtrakt angeordnet und erfasst den Saugdruck.

Wenn die Brennkraftmaschine still steht, wird der durch den Drucksensor erfasste Druck als Atmosphärendruck angesehen und gespeichert. Bei laufender Brennkraftmaschine und wenn die Drehzahl kleiner ist als ein vorgegebener erster Wert und der Öffnungsgrad der Drosselklappe größer ist als ein vorge­ gebener weiterer Wert, wird der Atmosphärendruck aktualisiert abhängig von dem von dem Drucksensor erfassten Messsignal.

Die DE 44 34 884 C2 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen der Dichte der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine, bei dem die Dichte der Ansaugluft abhängig von einem erfassten Drossel­ klappenwinkel und einer Kraftstoffeinspritzmenge und einer Motordrehzahl ermittelt wird.

Aus der DE 196 00 414 C2 ist ein Verfahren zum Ermitteln des atmosphärischen Drucks bei einem Verbrennungsmotor bekannt, bei dem abhängig von einer Massenflussrate, die von einem Luftflussmesser erfasst wird, einer Drosselventilöffnung und einer Motorumdrehungsgeschwindigkeit und einer Ansauglufttem­ peratur der atmosphärische Druck bestimmt wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung insbesondere nach DE 32 38 153 C2 so zu verbessern, dass ein präzises Bestimmen des Umgebungsdrucks auch bei langen Bergabfahrten mit einem Kraftfahrzeug gewährleistet ist, in dem die Brenn­ kraftmaschine angeordnet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 2 sowie 9 und 10 angegeben.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich der Umgebungsdruck, d. h. der Druck der stromaufwärts einer Dros­ selklappe in einem Ansaugtrakt herrscht oder auch in der das Fahrzeug umgebenden Umgebung, sich stark ändert bei langen Bergabfahrten und charakteristischerweise bei diesen Bergab­ fahrten das Fahrzeug, in dem die Brennkraftmaschine angeord­ net ist, im Wesentlichen in dem Betriebszustand des Schubbe­ triebs ist. In dem Betriebszustand des Schubbetriebs geht der Kraftfluss vom Reifen hin zum Motor und eine gewisse Brems­ wirkung der Brennkraftmaschine ist erwünscht. Daher ist in dem Betriebszustand des Schubbetriebs die Drosselklappe nahe­ zu geschlossen, was hohe Pumpverluste mit sich bringt und da­ mit zu einer Bremsung durch die Brennkraftmaschine beiträgt. Gemäß der Erfindung wird in dem Betriebszustand des Schubbe­ triebs die Drosselklappe gezielt in einen vorgegebenen Öff­ nungszustand gesteuert und anschließend der Umgebungsdruck bestimmt, abhängig von einer Größe, die den Saugrohrdruck in dem Ansaugtrakt stromabwärts der Drosselklappe charakteri­ siert. Somit ist ein einfaches aber dennoch sehr präzises Bestimmen des Umgebungsdrucks auch in diesbezüglich kriti­ schen Fahrsituationen, wie sie bei Bergabfahrten auftreten, gewährleistet.

Besonders vorteilhaft ist, wenn nach dem Erfassen des Umge­ bungsdrucks im Schubbetrieb die Drosselklappe in eine Stel­ lung gesteuert wird, bei der die Drosselklappe einen geringe­ ren Querschnitt des Ansaugtraktes im Bereich der Drosselklap­ pe frei gibt als während des Erfassens. Dadurch ist gewähr­ leistet, dass die Brennkraftmaschine eine Bremsleistung auf­ bringt.

Zweckmäßige und weiterhin vorteilhafte Ausgestaltungen der Gegenstände der Ansprüche 1 und 2 sind in den Ansprüchen 3 bis 8 angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schemati­ schen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrich­ tung,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zum Ermitteln eines Umgebungs­ drucks

Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenüber­ greifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Eine Brennkraftmaschine Fig. 1 umfasst einen Ansaugtrakt 1 mit einer Drosselklappe 10 und einem Motorblock 2, der einen Zylinder 20 und eine Kurbelwelle 23 aufweist. Ein Kolben 21 und eine Pleuelstange 22 sind dem Zylinder 20 zugeordnet. Die Pleuelstange 22 ist mit dem Kolben und der Kurbelwelle 23 verbunden.

Ein Zylinderkopf 3 ist vorgesehen, in dem ein Ventiltrieb an­ geordnet ist mit mindestens einem Einlassventil 30 und einem Auslassventil 31. Der Ventiltrieb umfasst mindestens eine nicht dargestellte Nockenwelle mit einer Übertragungseinrich­ tung, die den Nockenhub auf das Einlassventil 30 und/oder das Auslassventil 31 überträgt. Es können auch Einrichtungen zum Verstellen der Ventilhubzeiten und des Ventilhubverlaufs vor­ gesehen sein. Alternativ kann auch ein elektromechanischer Aktuator vorgesehen sein, der den Ventilhubverlauf des Ein- oder Auslassventils 30, 31 steuert.

In den Zylinderkopf 3 sind ferner ein Einspritzventil 33 und eine Zündkerze 34 eingebracht. Das Einspritzventil 33 ist so angeordnet, dass der Kraftstoff direkt in den Brennraum des Zylinders 20 zugemessen wird. Alternativ kann das Einspritz­ ventil 33 jedoch auch so am Ansaugtrakt 1 angeordnet sein, dass der Kraftstoff in den Ansaugtrakt zugemessen wird. Fer­ ner ist ein Abgastrakt 4 vorgesehen. Ferner ist eine Steuer­ einrichtung 6 vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln und diesen als Messsignal der Steuereinrichtung zur Verfügung stellen. Die Steuereinrichtung 6 er­ mittelt abhängig von mindestens einer Messgröße ein oder meh­ rere Stellsignale, die jeweils ein Stellgerät steuern. Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 71, der eine Pedalstel­ lung PV des Fahrpedals 7 erfasst, ein Drosselklappenstel­ lungsgeber 11 der einen Öffnungsgrad der Drosselklappe 10 er­ fasst, ein Luftmassenstrommesser 12, der einen Luftmassen­ strom MAF erfasst, und/oder ein Drucksensor 13, der den Saug­ rohrdruck MAP in dem Ansaugtrakt 1 erfasst, ein Temperatur­ sensor 14, der eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Dreh­ zahlsensor 24, der eine Drehzahl der Kurbelwelle 23 erfasst. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Un­ termenge der genannten Sensoren oder es können auch zusätzli­ che Sensoren vorhanden sein.

Die Stellgeräte umfassen jeweils einen Stellantrieb und ein Stellglied. Der Stellantrieb ist ein elektromotorischer An­ trieb, ein elektromagnetischer Antrieb oder ein weiterer dem Fachmann bekannter Antrieb. Die Stellglieder sind als Dros­ selklappe 10, als Einspritzventil 33, als Zündkerze 34 oder als eine Einrichtung zum Verstellen des Ventilhubs der Ein- oder Auslassventile 30, 31 ausgebildet.

Die Steuereinrichtung 6 ist vorzugsweise als elektronische Motorsteuerung ausgebildet. Sie kann jedoch auch mehrere Steuergeräte umfassen, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind, so z. B. über ein Bussystem.

Im folgenden wird die Funktion des erfindungsrelevanten Teils der Steuereinrichtung 6 anhand des Ablaufdiagramms gemäß Fig. 2 beschrieben. In einem Schritt S1 wird das Programm ge­ startet. In einem Schritt S2 wird geprüft, ob der Betriebszu­ stand der Brennkraftmaschine der Motorstart MS ist. Ist dies nicht der Fall, so wird nach einer vorgegebenen Wartezeit DT die Bearbeitung in dem Schritt S2 erneut fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schrittes S2 jedoch erfüllt, so wird in einem Schritt S3 der aus dem Messsignal des Drucksensors 13 abgeleitete Saugrohrdruck MAP dem Umgebungsdruck AMP zugeordnet. Diesem Schritt liegt die Erkenntnis zugrunde, dass unmittel­ bar nach dem Motorstart der Druck in dem gesamten Ansaugtrakt dem Umgebungsdruck entspricht.

In einem Schritt S4 wird geprüft, ob der Betriebszustand gleich dem Schubbetrieb PUC der Brennkraftmaschine ist. In dem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine verläuft der Kraft­ fluss von den Reifen des Kraftfahrzeugs hin zur Brennkraftma­ schine. In diesem Betriebszustand BZ soll die Brennkraftma­ schine kein Drehmoment abgeben. Daher wird im Betriebszustand BZ des Schubabschaltens PUC die Kraftstoffzumessung zu den einzelnen Zylindern unterbunden.

Ist nun die Bedingung des Schrittes S4 nicht erfüllt, so wird nach der vorgegebenen Wartezeit DT die Bearbeitung erneut in dem Schritt S4 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schrittes S4 jedoch erfüllt, so wird in einem Schritt S5 ein Sollwert THR_SP des Öffnungsgrades der Drosselklappe auf einen Öff­ nungswert OP gesetzt und somit die Drosselklappe in einen Öffnungszustand gesteuert. Vorzugsweise ist der Öffnungszu­ stand dadurch charakterisiert, dass der Druckabfall an der Drosselklappe 10 annähernd Null ist. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass der Öffnungsgrad der Drosselklappe so eingestellt wird, dass sie den maximalen Querschnitt des An­ saugtraktes im Bereich der Drosselklappe frei gibt.

Anschließend wird in einem Schritt S6 für die vorgegebene Wartezeit DT gewartet, um sicher zu stellen, dass der Druck stromabwärts der Drosselklappe einen quasi stationären Wert einnimmt.

Anschließend wird in einem Schritt S7 der Wert AMP_PUC des Umgebungsdrucks im Schubbetrieb abhängig von dem durch den Drucksensor 13 erfassten Saugrohrdruck MAP oder abhängig von dem Messsignal des Luftmassenstrommessers 12 und weiteren Be­ triebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt.

In einem Schritt S8 wird geprüft, ob der ermittelte Wert AMP_PUC des Umgebungsdrucks im Schubbetrieb mehr als ein vor­ gegebener Schwellenwert SW abweicht von dem zu einem früheren Zeitpunkt ermittelten Umgebungsdruck AMP. Ist die Bedingung des Schrittes S8 erfüllt, so wird in einem Schritt S9 der Um­ gebungsdruck AMP aktualisiert abhängig von dem zu einem frü­ heren Zeitpunkt ermittelten Umgebungsdruck AMP und dem ermit­ telten Wert AMP_PUC des Umgebungsdrucks im Schubbetrieb. An­ schließend wird in einem Schritt S10 der Sollwert THR_SP des Öffnungsgrads der Drosselklappe 10 auf einen Schließwert CL gesetzt und damit dann die Drosselklappe in einem Schließzu­ stand gesteuert, bei dem gewährleistet ist, dass die Brenn­ kraftmaschine durch die Pumpverluste eine Bremswirkung aus­ übt.

Falls die Bedingung des Schrittes S8 nicht erfüllt ist, wird die Bearbeitung direkt in dem Schritt S10 fortgesetzt. Nach dem Schritt S10 wird nach Ablauf der vorgegebenen Wartezeit DT die Bedingung des Schrittes S4 erneut geprüft.

Der Saugrohrdruck MAP wird entweder mittels des Messsignals des Drucksensors 13 ermittelt oder mit Hilfe eines Modells des Ansaugtraktes abhängig von dem Istwert THR_AV des Öff­ nungsgrades der Drosselklappe, der Drehzahl N und dem Mess­ wert des Luftmassenstroms MAF, der mittels des Luftmassen­ strommessers 12 ermittelt ist. Ein derartiges Modell ist bei­ spielsweise aus der WO 96/32 579 bekannt, deren Inhalt hier­ mit diesbezüglich einbezogen ist.

Vorzugsweise wird das Programm gemäß den Schritten S1 bis S10 unterbrochen, falls eine veränderte Drehmomentanforderung während des Ermittelns des Umgebungsdrucks im Schubbetrieb erfolgt. Dies kann beispielsweise hervorgerufen werden durch die Drehmomentanforderung eines Klimakompressors. In diesem Fall wird dann der Öffnungsgrad der Drosselklappe entspre­ chend dieser Drehmomentanforderung eingestellt und die Kraftstoffzumessung vorzugsweise erst wieder dann frei gegeben, wenn der Luftmassenstrom oder der Saugrohrdruck einen vorge­ gebenen quasi stationären Zustand erreicht hat, um zu gewähr­ leisten, dass ein vorgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingehalten wird.

Claims (10)

1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt (1), in dem eine Drosselklappe (10) angeordnet ist und stromabwärts der Drosselklappe (10) ein Drucksensor (13) angeordnet ist, wobei in einem Betriebszustand (BZ) des Schubbetriebs (PUC) grundsätzlich die Drosselklappe (10) na­ hezu geschlossen ist, die Kraftstoffzumessung unterbunden wird und zum Bestimmen des Umgebungsdrucks (AMP) die Drossel­ klappe (10) in einen vorgegebenen Öffnungszustand (OP) ge­ steuert wird und anschließend der Umgebungsdruck (AMP) abhän­ gig von dem Messsignal des Drucksensors (13) ermittelt wird.

2. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt (1), in dem eine Drosselklappe (10) angeordnet ist und stromaufwärts der Drosselklappe (10) ein Luftmassen­ strommesser (12) angeordnet ist, wobei in einem Betriebszu­ stand (BZ) des Schubbetriebs (PUC) grundsätzlich die Drossel­ klappe (10) nahezu geschlossen ist, die Kraftstoffzumessung unterbunden wird und zum Bestimmen des Umgebungsdrucks (AMP) die Drosselklappe (10) in einen vorgegebenen Öffnungszustand gesteuert wird und anschließend der Umgebungsdruck (AMP) ab­ hängig von dem Messsignal des Luftmassenstrommessers (12) und weiteren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt wird.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungszustand dadurch charakteri­ siert ist, dass der Druckabfall an der Drosselklappe (10) an­ nähernd null ist.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorhandener Wert des Umgebungsdrucks (AMP) mit dem in dem Betriebszustand (BZ) des Schubbetriebs (PUC) ermittelten Wert (AMP_PUC) des Umgebungsdrucks (AMP) adaptiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Adaptieren erfolgt, wenn eine vorgegebene Bedingung er­ füllt ist, die abhängt von dem vorhandenen Wert des Umge­ bungsdrucks (AMP) und dem aktuell im Schubbetrieb ermittelten Wert (AMP_PUC) des Umgebungsdrucks (AMP).

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erfassen des Wertes des Umge­ bungsdrucks (AMP) im Schubbetrieb (PUC) die Drosselklappe (10) in eine Stellung gesteuert wird, bei der die Drossel­ klappe (10) einen geringeren Querschnitt des Ansaugtraktes (1) im Bereich der Drosselklappe (10) freigibt als während des Erfassens.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer veränderten Drehmomentan­ forderung während des Ermittelns des Umgebungsdrucks (AMP) im Schubbetrieb (PUC), dieses unterbrochen wird und die Drossel­ klappe (10) entsprechend der Drehmomentanforderung einge­ stellt wird.

8. Verfähren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffzumessung erst wieder freigegeben wird, wenn der Luftmassenstrom oder der Saugrohrdruck einen vorgegebenen quasi stationären Zustand erreicht hat.

9. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt (1), in dem eine Drosselklappe (10) angeordnet ist und stromabwärts der Drosselklappe (10) ein Drucksensor (13) angeordnet ist, wobei erste Mittel zum Unterbinden der Kraftstoffzumessung in einem Betriebszustand (BZ) des Schub­ betriebs (PUC) und zweite Mittel zum Steuern der Drosselklap­ pe (10) in einen grundsätzlich nahezu geschlossenen Zustand in dem Betriebszustand (BZ) des Schubbetriebs (PUC) und in einen vorgegebenen Öffnungszustand (OP) zum Bestimmen des Um­ gebungsdrucks (AMP) in dem Betriebszustand (BZ) des Schubbe­ triebs (PUC) und dritte Mittel zum anschließenden Ermitteln des Umgebungsdrucks (AMP) abhängig von dem Messsignal des Drucksensors (13) vorgesehen sind.

10. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt (1), in dem eine Drosselklappe (10) angeordnet ist und stromaufwärts der Drosselklappe (10) ein Luftmassenmesser (12) angeordnet ist, wobei erste Mittel zum Unterbinden der Kraftstoffzumessung in einem Betriebszustand (BZ) des Schubbetriebs (PUC) und zweite Mittel zum Steuern der Drosselklappe (10) in einen grundsätz­ lich nahezu geschlossenen Zustand in dem Betriebszustand (BZ) des Schubbetriebs (PUC) und in einen vorgegebenen Öffnungszu­ stand (OP) zum Bestimmen des Umgebungsdrucks (AMP) in dem Be­ triebszustand (BZ) des Schubbetriebs (PUC) und dritte Mittel zum anschließenden Ermitteln des Umgebungsdrucks (AMP) abhän­ gig von dem Messsignal des Luftmassenstrommessers (12) und weiteren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine vorgesehen sind.